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活性氧化鋁的種類與特點
氧化鋁是一種多孔性,高分散度的固體物料,比表面積大,并且微孔表面具有吸附能力。
活性氧化鋁的種類與特點
氧化鋁是一種多孔性,高分散度的固體物料,比表面積大,并且微孔表面具有吸附能力。
活性氧化鋁呈白色或微紅色球狀,不溶于水及有機溶劑,但能溶于強酸、強堿、無臭、無味、無毒。在空氣中有吸濕現象,吸水后不脹、不裂、保持原狀。是一種多孔性高分散度的固體物料,有很大的比表面,其微孔表面具有吸附功能。就分子式Al2O3而言,它似乎是一種簡單的氧化物,但是當考慮到空間因素時,卻發現它是一種形態變化復雜的物質。到目前為止,已經發現χ、η、γ、δ、κ、θ、ρ及α-Al2O3等8種以上的形態,不僅不同的形態之間,即使同一形態其宏觀結構性質(密度、孔隙率、孔徑分布、比表面積等)也依其來源而大不相同。關于活性氧化鋁的吸附性能,粉末活性氧化鋁都是孔體積為300-800 mm3/g,表面積為100~300 m2/g的γ-A1203,孔徑主要在中孔范圍內,在與水溶液接觸時主要被經基基團覆蓋,弱的有機酸主要通過配合基體交換機制與其結合。
1.2 活性氧化鋁的制備方法
活性氧化鋁作吸附劑吸附過濾活性氧化鋁系用氧化鋁的水化物經400℃~600℃灼燒而成,或用一般的氧化鋁投加堿性金屬離子在400℃~500℃下燃燒成白色顆粒狀多孔吸附劑。該法作用機理是:氟被吸附在吸附劑表面生成難溶氟化物,同時吸附劑上的SO42–可交換水中F-及HCO3ˉ等其他陰離子。吸附劑可放于濾池中,厚度一般采用700~1000mm,粒徑0.5~2.5mm,過濾速度1.5~2.5m/n,承托層采用卵石,厚400~700mm,加酸調節原水pH 至5.5~6.5。采用小顆粒活性氧化鋁(比表面積大)可以提高去氟效果,降低制水成本。當吸附劑除氟能力達不到標準時,可將硫酸鋁配制成1%~2%的溶液,以0.6m/n 流速通過濾柱6~8min(需用量約為除氟量的60 倍)使其再生,之后重復使用。該法除氟能力強,為去除氟化物等多種無機離子的*技術。[1]
2 活性氧化鋁在處理含氟水中的應用
2.1 高氟水的毒害
據統計,目前我國約有7700多萬*飲用高氟水。醫學研究表明:*飲用高氟水會導致氟中毒,嚴重的氟中毒病人將喪失勞動能力,給家庭和社會造成沉重的負擔。[2]
氟是人體內重要的微量元素之一,氟化物與人體生命活動及牙齒、骨胳組織代謝密切相關。國內、外學者報道*過量攝入氟化物可引起氟中毒。在我國,氟骨癥流行的地區分布相當廣泛,無論城市或鄉村、山地或平原、沿?;騼鹊兀加蟹前Y流行的報道。另外,隨著社會工業化的迅速發展,環境污染有成了氟骨癥流行的病因之一。
自然界中廣泛存在著氟化物,與氟骨癥關系較大的是溶解在飲用水中的氟化物,高氟地區水中氟濃度高,容易引起氟骨癥的流行。通常認為,引起氟骨癥的氟主要來源是:飲水和環境中的氟化物,尤其是被污染環境中的水、空氣;高氟食物等。因此,*衛生組織規定飲水氟含量的衛生學標準的下限為0.5~1.0×10-6,上限為1.5~1.7×10-4,我國提出的居民飲水氟衛生標準為0.5~1.0-6,高于1.0×10-6則可能造成高氟帶來的病損。
2.2 除氟原理
活性氧化鋁作為常規除氟劑對氟有很強的去除能力和選擇性。在Peri 等人的模型中指出,表面干燥的氧化鋁表面分兩層包含氧離子與鋁離子。其中*層的氧離子與第二層鋁離子相接,而含量為其的一半,因此,有一半的鋁離子暴露在表面上;而第二層的氧離子數符合Al2O3的Al/O 比。脫水時,第二層上連接的相鄰氫氧根離子脫去一分子的水。2/3的OH-被脫去后,殘留一個OH- 和一個暴露的鋁離子。該鋁離子與三個氧離子相連,可以吸附水,氨,烴等多電子化合物 。因此,以活性氧化鋁作為吸附劑可以用來吸附在水中存在的氟離子。[3]
其反應通式為:
[AlxOy(OH)z](OH)(3x-2y-z)+ (3x-2y-z)F-→[AlxOy(OH)z]F(3x-2y-z)↓+ (3x-2y-z)OH-
即F-,通過離散、紊流及分子擴散作用由水體遷移到邊界層內,而后由分子擴散到顆粒表面及孔隙中去,并與活性氧化鋁中的聚合鋁發生沉淀反應,同時釋放出等量的OH-使水的pH值上升。又因鋁、氟化合物的性質與活性氧化鋁本身的性質差異,使沉淀物與顆粒本身結合不夠緊密,故易在強動力條件下脫落并進入水體,在除氟器中表現為部分脫落被濾床的過濾作用所攔截,使其大部仍留在濾床中。
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